不良地質(zhì)條件下特長(zhǎng)隧道施工技術(shù)研究

苗 帥，張露露

（中交路橋華南工程有限公司，廣東 中山 528400）

1 工程概況

大洪嶺2號(hào)隧道位于G3W德州至上饒高速公路池州至祁門段土建10標(biāo)范圍，為分離式變?yōu)樾艟嗍剿淼?，全長(zhǎng)4321m。土建10標(biāo)負(fù)責(zé)該隧道左洞1869m、右洞1874m施工。隧道為不良地質(zhì)隧道，Ⅴ級(jí)圍巖占43.88%；Ⅳ級(jí)圍巖占56.12%。共穿越4條斷裂帶，巖體穩(wěn)定性極差，斷層為儲(chǔ)水、導(dǎo)水構(gòu)造，破碎帶可能產(chǎn)生突水、突泥；隧道部分路段埋深淺、存在偏壓和高應(yīng)力區(qū)，施工易發(fā)生坍塌及側(cè)壁失穩(wěn)，甚至冒頂和巖爆。

2 施工重難點(diǎn)

（1）超、欠挖及二襯背后空洞控制為該隧道的質(zhì)量管理重點(diǎn)；（2）高地應(yīng)力段和小凈距段兩部分的開(kāi)挖難度較大；（3）洞口淺埋段埋深較淺，且主要以強(qiáng)風(fēng)化層居多，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足，在重力、雨水沖刷等作用下易發(fā)生順傾滑塌及楔形體滑塌；（4）小凈距隧道施工中伴隨較多的風(fēng)險(xiǎn)因素；（5）隧道圍巖以Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)居多，地質(zhì)條件欠佳，不利于安全施工；（6）洞身穿越斷層破碎帶位置，存在裂隙水（涌水）、塌方的風(fēng)險(xiǎn)，必須做好隧道監(jiān)控量測(cè)和超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

3 施工方案概述

該項(xiàng)目基于新奧法施工，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工作業(yè)，采取無(wú)軌運(yùn)輸方式，引入光面爆破技術(shù)，考慮到部分區(qū)段圍巖破碎的特點(diǎn)，以弱爆破為宜，或組織人工開(kāi)挖。施工遵循短進(jìn)尺、弱爆破、勤量測(cè)、緊襯砌等原則。

針對(duì)該合同段隧道地質(zhì)特點(diǎn)，開(kāi)挖擬采用臺(tái)階法、預(yù)留核心土弧形開(kāi)挖法，在施工過(guò)程中徹底貫徹“新奧法”的設(shè)計(jì)思想，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果及時(shí)修正設(shè)計(jì)參數(shù)、調(diào)整施工方案[1]。（1）Ⅴ級(jí)及小凈距Ⅳ級(jí)圍巖采用臺(tái)階分步開(kāi)挖法（環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土法）施工。（2）分離式Ⅳ級(jí)圍巖采用臺(tái)階法開(kāi)挖；初期支護(hù)主要以噴錨支護(hù)為主，并輔以鋼拱架、超前管棚、超前小導(dǎo)管等支護(hù)措施。（3）人行、車行橫洞根據(jù)圍巖級(jí)別其施工工藝及鉆爆設(shè)計(jì)參照主洞相應(yīng)段施工。Ⅴ級(jí)、Ⅵ級(jí)圍巖上部環(huán)形開(kāi)挖選擇的是風(fēng)鎬與人工相結(jié)合的方式，安排專員卸碴并轉(zhuǎn)移至隧底；核心土和仰拱兩處施工以挖掘機(jī)設(shè)備為主，輔以人工作業(yè)；部分區(qū)段提出爆破需求，實(shí)施弱爆破方案。配備側(cè)卸裝載機(jī)，利用該設(shè)備裝碴并轉(zhuǎn)移至自卸車，從而運(yùn)輸至指定區(qū)域；噴錨作業(yè)借助濕噴機(jī)而實(shí)現(xiàn)；全斷面安裝錨桿、掛網(wǎng)、鋪設(shè)防水層等作業(yè)采用作業(yè)臺(tái)車。（4）通風(fēng)。采用射流式風(fēng)機(jī)壓入洞內(nèi)，風(fēng)帶口離掌子面間距嚴(yán)格遵照規(guī)范要求。（5）超前地質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。委托符合資質(zhì)要求的第三方做好此項(xiàng)工作，綜合選用TSP地質(zhì)超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)、地質(zhì)雷達(dá)等相關(guān)先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高精度的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，掌握前方特定距離的地質(zhì)情況，以所得地質(zhì)預(yù)報(bào)信息為依據(jù)制定施工方案。

4 施工技術(shù)要點(diǎn)

4.1 洞內(nèi)外測(cè)量控制

洞外部分選擇精密導(dǎo)線法，以設(shè)計(jì)院提供的GPS點(diǎn)為依據(jù)，精確測(cè)量并設(shè)置控制點(diǎn)導(dǎo)線網(wǎng)。施測(cè)選用全站儀，借助水準(zhǔn)儀全面確保各控制點(diǎn)高程的準(zhǔn)確性。洞內(nèi)部分選擇導(dǎo)線法，選定洞口投點(diǎn)，將該處視為起點(diǎn)并向洞內(nèi)延伸。所形成的導(dǎo)線以多邊形閉合導(dǎo)線較為合適，參考洞外測(cè)量控制坐標(biāo)結(jié)果，進(jìn)一步創(chuàng)建洞內(nèi)控制系統(tǒng)。

4.2 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

為確保隧道安全、順利施工，充分掌握隧道掌子面的圍巖情況，以采取科學(xué)、合理的施工方法指導(dǎo)隧道施工，該工程以隧道基本特點(diǎn)為依據(jù)，選擇相適應(yīng)的物探方法，如地質(zhì)雷達(dá)、TSP法等，從而完成超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，獲得準(zhǔn)確的信息。結(jié)束隧道開(kāi)挖作業(yè)后，加強(qiáng)對(duì)圍堰的監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握其穩(wěn)定情況，選擇相適應(yīng)的支護(hù)措施，改進(jìn)施工方案，為正式施工提供正確的指導(dǎo)。

4.3 洞口及明洞段施工

根據(jù)洞口淺埋的實(shí)際情況，首先施工好洞頂截水溝，保持洞口邊坡穩(wěn)定、安全。對(duì)于洞口邊、仰坡兩部分的開(kāi)挖，需以設(shè)計(jì)圖紙內(nèi)容為依據(jù)測(cè)放中線和開(kāi)挖邊線，全方位清理開(kāi)挖面雜物，通過(guò)挖掘機(jī)與人工相結(jié)合的方式遵循自上而下的流程完成開(kāi)挖作業(yè)，避免上下垂直開(kāi)挖。對(duì)產(chǎn)生的棄碴利用推土機(jī)收集并進(jìn)一步轉(zhuǎn)移到自卸車，將其運(yùn)輸至指定棄碴場(chǎng)。考慮到邊坡的穩(wěn)定性要求，施工中不可出現(xiàn)超欠挖現(xiàn)象，亦不可對(duì)邊坡造成明顯擾動(dòng)；若部分施工段需爆破開(kāi)挖，應(yīng)合理調(diào)整爆破參數(shù)。結(jié)束邊仰坡開(kāi)挖后，及時(shí)采取防護(hù)措施。

4.4 洞身段開(kāi)挖施工

隧道圍巖主要以Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)居多，此條件下的施工作業(yè)應(yīng)注重對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全隱患的控制，營(yíng)造安全施工環(huán)境。Ⅴ級(jí)圍巖段較合適的是環(huán)形開(kāi)挖中心留核心土法，在該段的上部預(yù)留核心土，其作用在于支擋開(kāi)挖工作面，以便提高其穩(wěn)定性；核心土及下部均采取初期支護(hù)措施，要求襯砌每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)尺控制在0.75m內(nèi)，掌子面開(kāi)挖過(guò)程中及時(shí)跟進(jìn)初期支護(hù)作業(yè)，具體如圖1所示。

圖1 環(huán)形開(kāi)挖中心留核心土法開(kāi)挖示意圖

工藝流程：環(huán)形開(kāi)挖上斷面Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ→施作上斷面初期支護(hù)①→開(kāi)挖上斷面核心土Ⅳ→開(kāi)挖下斷面Ⅴ→施作下斷面初期支護(hù)②、③→仰拱初支封閉④→施作仰拱二次襯砌⑤→仰拱回填⑥→整體模筑二次襯砌⑦。

Ⅳ級(jí)圍巖地段采用上下臺(tái)階法開(kāi)挖施工，襯砌每循環(huán)開(kāi)挖進(jìn)＜2.0m，初期支護(hù)緊跟開(kāi)挖掌子面，如圖2所示。

圖2 臺(tái)階法開(kāi)挖示意圖

工藝流程：開(kāi)挖上斷面Ⅰ→施作初期支護(hù)①→開(kāi)挖下斷面Ⅱ→施作相應(yīng)初期支護(hù)②→施作仰拱③→仰拱回填④→整體模筑二次襯砌⑤。

4.5 超前支護(hù)

超前長(zhǎng)管棚注漿預(yù)支護(hù)設(shè)于隧道進(jìn)出洞口Ⅴ級(jí)圍巖地段。超前小導(dǎo)管注漿預(yù)支護(hù)設(shè)置在隧道內(nèi)無(wú)長(zhǎng)管棚支護(hù)的Ⅴ級(jí)或Ⅳ級(jí)較差圍巖段，施工順序：測(cè)量放樣→鉆孔→清孔→鋼管插入→封口→注漿→與鋼拱架焊接。超前錨桿支護(hù)設(shè)置在隧道Ⅳ級(jí)圍巖一般地段。

4.6 初期支護(hù)

該隧道采用的初期支護(hù)形式包括錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼拱架、噴射混凝土等。為維持圍巖天然承載力的穩(wěn)定性，盡可能縮短初期支護(hù)時(shí)間，主要流程：初噴混凝土4cm→支立型鋼（格柵）鋼架→掛鋼筋網(wǎng)→錨桿施工→超前小導(dǎo)管（超前錨桿）施工→復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

4.7 防排水施工

襯砌背部的防排水施工選擇的是EVA防水板，加強(qiáng)對(duì)防水卷材和噴射混凝土之間的處理，于該處鋪設(shè)土工布，將其作為緩沖層，并發(fā)揮出襯背排水層的作用[2]。明洞背部施作黏土隔水層，將此部分作為第一道防水結(jié)構(gòu)，并于明洞襯砌外設(shè)置第二道防水結(jié)構(gòu)，選擇的是土工布和防水卷材相結(jié)合的方式。該隧道在該標(biāo)段內(nèi)均為反坡排水，在洞內(nèi)掌子面設(shè)置集水坑，在中間仰拱填充預(yù)先處理后單幅留出一段不澆筑填充混凝土，泵站集中匯水，并通過(guò)大功率水泵的作用將其排至洞外指定區(qū)域。

4.8 二次襯砌及仰拱施工

二襯施工選擇的是鋼筋混凝土襯砌，現(xiàn)場(chǎng)施工得到12m液壓襯砌模板臺(tái)車的支持，仰拱結(jié)構(gòu)的施工遵循一次澆筑成型的原則。

5 應(yīng)急預(yù)案

5.1 塌方

（1）超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作應(yīng)落實(shí)到位，注重對(duì)量測(cè)數(shù)據(jù)的整理與分析，創(chuàng)建時(shí)間-位移曲線圖，依據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整初期支護(hù)方式。（2）合理選擇爆破裝藥量，遵循多打眼、少裝藥的原則，最大限度緩解對(duì)圍巖的擾動(dòng)性影響。（3）加強(qiáng)對(duì)施工質(zhì)量的控制，通過(guò)超前預(yù)注漿的方式固結(jié)止水，檢驗(yàn)格柵拱架、初支及襯砌，各項(xiàng)指標(biāo)都要滿足要求。（4）盡量縮短每循環(huán)進(jìn)尺，減少圍巖的暴露時(shí)間。（5）為確保掌子面穩(wěn)定性，噴射混凝土需緊跟開(kāi)挖作業(yè)，盡可能做到早封閉巖面，特殊情況下可噴射混凝土封閉掌子面，基于此方式提高支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度[3]。（6）對(duì)于地勘結(jié)果顯示的不良地質(zhì)區(qū)域，此部分施工中應(yīng)加大量測(cè)頻率，以所得結(jié)果為依據(jù)判斷圍巖狀況，要求其具有穩(wěn)定性，靈活修正初期支護(hù)參數(shù)，以維持整體穩(wěn)定為前提，縮短二次襯砌的循環(huán)長(zhǎng)度。（7）嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)化要求設(shè)置隧道門禁系統(tǒng)、逃生系統(tǒng)以及相應(yīng)應(yīng)急物資等。

5.2 巖爆

（1）施工過(guò)程中注意控制開(kāi)挖順序與掘進(jìn)速度，采取臺(tái)階法開(kāi)挖，使應(yīng)力逐步釋放，加大錨桿及鋼筋網(wǎng)的防護(hù)強(qiáng)度，提高施工安全性。（2）結(jié)束隧道爆破作業(yè)后不可隨即組織出碴作業(yè)，需給予至少2h的通風(fēng)，待巖爆減弱后再通過(guò)灑水的方式處理掌子面，使該處塑性得以提高，避免巖體脆性過(guò)大的問(wèn)題，隨后找頂、噴混凝土。（3）對(duì)于巖爆較為嚴(yán)重地段，掌子面打設(shè)超前鉆孔、注水以降低圍巖表面張力，并噴射混凝土進(jìn)行臨時(shí)封閉。（4）做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，依據(jù)所得信息預(yù)判發(fā)生巖爆的概率，明確巖爆高地應(yīng)力的范圍和等級(jí)情況。

6 結(jié)束語(yǔ)

該隧道施工環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜，易受到不確定因素的干擾，文章詳細(xì)分析了隧道的地質(zhì)情況，并根據(jù)地質(zhì)資料詳細(xì)制定了不同圍巖等級(jí)下隧道施工方案，確保隧道各環(huán)節(jié)施工作業(yè)在安全的條件下推進(jìn)，并提高其質(zhì)量，希望給類似工程提供參考。